POSS改性耐紫外耐高温型涂层材料的研究

摘要

近地球轨道空间是一个复杂的动态环境中，其中紫外线辐射对近空间飞行器表面材料具有很强的腐蚀作用，大幅度缩短了航天器的使用寿命。因此，研究制备出耐紫外辐射的防护材料具有重要的理论和现实意义。近年来，POSS作为一种新型的有机/无机纳米复合材料，可以改性多种聚合物以得到独特的热稳定性、耐紫外性和机械性能等。
　　本文自行制备了八（氨苯基）笼型倍半硅氧烷(OAPS)。随后我们分别利用聚醚型、聚二甲基硅氧烷型和星型聚（脲-酰亚胺）(PUI)作为基体树脂，OAPS作为无机前驱体，采用原位聚合的方法制备出一系列紫外防护耐高温涂层材料。我们将材料暴露在紫外辐射光源下48小时进行紫外辐射实验，然后对其进行TGA，XPS，SEM，质量损失测试，拉伸测试等测试和表征，通过改变OAPS的含量，研究不同含量笼型倍半硅氧烷POSS和PUI结构对材料耐热性能、力学性能和耐紫外性能的影响。结果表明，POSS改性的星型聚（脲-酰亚胺）表现出优良的耐热分解性，初始热分解温度最高达到340℃。耐紫外性能最好的是POSS改性聚二甲基硅氧烷型聚（脲-酰亚胺）。POSS的加入使材料受到紫外线照射时，表面迅速形成SiO2陶瓷钝化层，钝化层能够防止底层聚合物进一步被腐蚀，从而有效提高复合材料的耐紫外性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 近空间环境和近空间紫外线概述

1．2 空间用抗紫外线材料概述

1．3 笼型倍半硅氧烷POSS在空间的应用

1．3．1 POSS的简介

1．3．2 POSS的合成与功能化

1．4 POSS改性聚合物的空间应用

1．5．聚酰亚胺(PI)

1．6 聚脲(PUA)

1．7 聚(氨酯-酰亚胺)概述

1．7．1 聚(氨酯-酰亚胺)的合成

1．7．2 聚(氨酯-酰亚胺)的结构与性能

1．8 本课题的主要研究内容与意义

第二章 八(氨苯基)笼型倍半硅氧烷(OAPS)的制备

2．1 引言

2．2 实验药品

2．3 OAPS的合成

2．3．1 八苯基倍半硅氧烷(OPS)的合成

2．3．2 八(硝基苯基)硅倍半氧烷(ONPS)的合成

2．3．3 八(氨苯基)笼型倍半硅氧烷OAPS的合成

2．4 结果与讨论

2．4．1 OAPS的制备与工艺优化

2．5 小结

第三章 聚醚型聚(脲-酰亚胺)树脂基复合材料的制备以及POSS对材料性能的影响

3．1 引言

3．2．实验药品

3．3 聚醚型聚(尿-酰亚胺)ED-PUI复合材料的制

3．3．1 ED-PUI预聚体的合成

3．3．2 ED-PUI预聚体的涂膜固化

3．4 测试与表征

3．4．1 紫外实验

3．4．2 所用仪器以及型号

3．5 结果与讨论

3．5．1 ED-PUI的红外谱图

3．5．2 热重分析(TGA)

3．5．3 力学性能

3．5．4 质量损失

3．5．5 XPS

3．5．6 扫描电镜(SEM)

3．5．7 原子力显微镜分析(AFM)

3．6 小结

第四章 聚二甲基硅氧烷型聚(脲-酰亚胺)树脂基复合材料的制备以及POSS对材料性能的影响

4．1 引言

4．2．实验药品

4．3 聚二甲基硅氧烷型聚(脲-酰亚胺)ATPS-PUI复合材料的制备

4．3．1 PU法制备ATPS-PUI预聚体

4．3．2 PI法制备ATPS-PUI预聚体

4．3．3 ATPS-PUI预聚体的涂膜固化

4．4 测试与表征

4．4．1 紫外实验

4．4．2 所用仪器以及型号

4．5 结果与讨论

4．5．1 ATPS-PUI的红外谱图

4．5．2 热重分析(TGA)

4．5．3 力学性能

4．5．4 质量损失

4．5．5 XPS

4．5．6 扫描电镜(SEM)

4．5．7 原子力显微镜分析(AFM)

4．6 小结

第五章 星型聚(脲-酰亚胺)树脂基复合材料的制备以及POSS对材料性能的影响

5．1 引言

5．2．实验药品

5．3 星型聚(脲-酰亚胺)S-PUI复合材料的制备

5．3．1 PI法制备星型聚(脲-酰亚胺)S-PUI预聚体

5．3．2 S-PUI预聚体的涂膜固化

5．4 测试与表征

5．4．1 紫外实验

5．4．2 所用仪器以及型号

5．5 结果与讨论

5．5．1 S-PUI的红外谱图

5．5．2 热重分析(TGA)

5．5．3 力学性能

5．5．4 质量损失

5．5．5 XPS

5．5．6 扫描电镜(SEM)

5．5．7 原子力显微镜分析(AFM)

5．6 小结

第六章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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